DE2202936C3

DE2202936C3 - Vakuumschalter

Info

Publication number: DE2202936C3
Application number: DE19722202936
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr.-Ing.; Bettge Hans; 1000 Berlin Peche
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Filing date: 1972-01-21
Publication date: 1977-04-07

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Vakuumschalter mit trennbaren Kontaktstücken, die aus einer Metall-Legierung bestehen, die als Hauptbestandteil Kupfer und als Nebenbestandteile Zinn sowie ein die Schweißneigung und den Abreißstrom der Kontaktstükke verminderndes weiteres Metall enthält.

Ein derartiger Vakuumschalter ist aus der DT-OS 15 58 442 bekannt. Um die mechanische Festigkeit einer Kupfer-Wismut-Legierung für die Kontakte von Vaku-Umschaltern zu erhöhen, wird in dieser DT-OS vorgeschlagen, einer aus Kupfer und 0,5 bis 5% Wismut bestehenden Legierung zusätzlich 0.1% bis 1% Zinn, Indium, Antimon oder Nickel beizugeben. Die Abbrandfestigkeit dieser bekannten Legierung ist aber für die Verwendung in Vakuumschaltern mit genügender elektrischer Lebensdauer nicht ausreichend. Würde man den Zinnanteil für eine größere mechanische Festigkeit erhöhen, wurden die Kontakte nicht mehr die erforderliche geringe Schweißneigung aufweisen, da Wismut mit Zinn Mischkristalle bildet und deshalb das Wismut bei einem Zinnanteil von mehr als 1% nicht mehr die gewünschte schweißkraftreduzierende Wirkung entfalten könnte.

Als Werkstoff für die Kontakte eines Vakuumschallers wird üblicherweise ein Sinterkörper aus einem ■bbrandfesten Material wie Wolfram oder Molybdän verwendet, welcher mit einem metallischen Füllstoff hoher elektrischer Leitfähigkeit gefüllt ist. Als Füllstoff dient vorzugsweise eine Kupfer-Wismut-Legierung, wobei das Wismut eine schweißkraftreduzierende Wirkung hat. Ein solcher Kontaktwerkstoff ist beispielsweise aus der DT-PS 18 05 865 bekannt.

Vakuumschalter mit Kontakten aus derartigen Werkstoffen haben sich in der Praxis weitgehend bewährt. Bei sehr großer Schalthäufigkeit oder hohen Schaltleistungen kann jedoch eine so starke Beanspruchung des Kontaktmaterials vorkommen, daß kleine Partikel des abbrandfesten Metalls aus der Oberfläche der Kontaktstücke durch den Lichtbogen beim Abschalten des Vakuumschalters herausgerissen werden. Der so entstehende Metallstaub verbindet sich im Fall von Wolfram oder Molybdän als abbrandfestes Metall nicht mehr in vollem Umfang fest mit den kalten Teilen des Vakuumschalters. Auf Grund des dadurch im Vakuumschalter möglicherweise entstehenden Wolframstaubes wird die Spannungsfestigkeit der Vakuumschaltröhre herabgesetzt

Aus der DT-AS 12 36 630 ist als Kontaktwerkstoff für Vakuumschalter u.a. eine Legierung aus Kupier und Tellur bekannt Dieser bekannte Werkstoff befriedigt jedoch insbesondere hiosichtlich seiner Härte und Abbrandfestigkeit nicht.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Vakuumschalter der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß dessen Kontaktmaierial die teilweise widersprüchlichen Forderungen nach hoher Abbrandfestigkeit, guter Leitfähigkeit, geringen Schweißkräften, minimalem Abreißstrom, hoher Spannungsfestigkeit und großen Schaltleistungen erfüllen kann. Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Vakuumschalter der eingangs genannten Art nach der Erfindung vorgeschlagen, daß das die Schweißneigung und den Abreißstrom vermindernde Metall (Antischweißkomponente) Tellur ist. dessen Anteil etwa 0,5 bis 1,5 Gew.-% der Metallegierung beträgt, und daß der Zinnanteil etwa 3 bis 15Gew.-% der Metallegierung beträgt.

Bei einem erfindungsgemäßen Vakuumschalter bildet die Metallegierung, aus der die Kontaktstücke hergestellt Sind, auf Grund einer Kupfer-Zinn-Mischkristallbildung ein sehr hartes und abbrandfestes Kontakimatenal. Die Schweißneigung dieses Kontaktmaterials ist durch den Anteil an Tellur ausreichend klein. Optimale Eigenschaften sind bei einem Zinn-Anteil von etwa 9 Gew. % der Metallegierung erreicht. Unterhalb eines Zinnanteils von i Gew.-"/" nimmt die Härte und Krümelfestigkeit der Legierung stark ab. während ein Zinnanteil über 15% den Schmelzpunkt unerwünscht herabsetzen würde.

Um den Gasgehalt des Kontaktmatenals zu reduzieren, empfiehlt es sich, der Metallegierung zusätzlich Aluminium im Anteil von etwa 0,05 bis 0,5Gew.-^:/„ beizugeben.

An Hand der Zeichnung solll die Erfindung nachstehend näher erläutert werden.

In der Zeichnung ist ein Vakuumschalter im Längsschnitt vereinfacht dargestellt. Dieser Vakuumschalter hat ein vakuumdichtes Gehäuse, das im wesentlichen aus einem zylindrischen Isolierkörper 1 aus Glas oder Keramik und zwei, die Stirnseiten des Isolierkörpers vakuumdicht verschließenden Endplatten 2 und 3 besteht. Innerhalb des vakuumdichten Gehäuses sind einander gegenüberstehend zwei Kontaktstücke 4 angeordnet, von denen eines an einem feststehenden Leiter 5 und das zweite an einem beweglichen Leiter 6 befestigt ist. Der bewegliche Leiter 6 ist dabei mit einem Metallbalg 7 verbunden, der den Vakuumschalter zwischen dem beweglichen Leiter 6 und der Endplatte 3 vakuumfest abdichtet.

Die Kontaktstücke 4 des dargestellten Vakuumschalters bestehen erfindungsgemäß aus einer Metallegierung mit Kupfer als Hauptbestandteil und 3 bis 15Gew.-% Zinn sowie 0,5 bis l,5Gew.-% Tellur. Der Zinnanteil in der Legierung bed'ngt eine Kupfer-Zinn-Mischkristallbildung mit außerordentlich ausgeprägter Feinkörnigkeit, wobei Tellur an den Korngrenzen der Mischkristalle gut verteilt ist und dadurch schweißkraftreduzierend wirken kann. Wismut könnte als Antischweißkomponente nicht verwendet werden, da es mit Zinn Mischkristalle bildet, die nicht spröde sind. Die

gegenüber Kupfer verringerte Lcilfühigkeit und die Feinkörnigkeil des Kontaklmaterials wirkt sich günstig auf die Verteilung von Lichtbogcncntladungcn beim Trennen der Kontaktslückc 4 aus. Trot/ der Härte der geschilderten Metallegierung liegt der Schmelzpunkt ihrer Bestandteile niedriger als der Schmelzpunkt von Wolfram, so daß im Lichtbogen möglicherweise zerstäubte Partikel der Kontaktstücke 4 auf kälteren Stellen des Vakuumschalters wesentlich besser imften als Wolfraum oder Molybdän. Dies bedeutet gegenüber Vakuumschaltern mit wolframhaltigcn Kontaktmaterial eine erhöhte Spannungsfestigkeit. Im übrigen soll die Metallegierung, aus der die Koniaktstücke 4 bestehen, mi! Vorteil noch Aluminium mit einem Gewichtsanteil von 0,05 bis 0,5 Gew.-% enthalten, wodurch der Gasgehalt durch chemische Bindung von Sauerstoff im Kontaktmaterial auf Werte unter 15 Partikel pro Million Teilchen der Metallegierung gehalten werden

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel. Insbesondere ist es nicht unbedingt erforderlich, daß der Kontaktwerkstoff Aluminium enthält, wenn man durch sorgfältige Fertigungsweise für einen entsprechend geringen Gasgehalt der Kontaktstücke sorgt Wichtig ist vor allem, daß der Antischweißzusatz Tellur ist und Zinn in der Kupferlegierung in einem so hohen Anteil vorhanden ist, daß eine ausreichende Härte und Abbrandfestigkeit vorliegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vakuumschalter mit trennbaren Kontaktstükken, die aus einer Metallegierung bestehen, die als Hauptbestandteil Kupfer und als Nebenbestandteile Zinn sowie ein die Schweißneigung und den Abreißstrom der Kontaktstücke verminderndes weiteres Metall enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das die Schweißneigung und den Abreißstrom vermindernde Metall (Antischweißkomponente) Tellur ist, dessen Anteil etwa 0,5 bis 1,5 Gew.-% der Metaliegierung beträgt und daß der Zinnanteil etwa 3 bis 15 Gew.-% der Metallegierung beträgt '5

2. Vakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metaliegierung bis 9 Gew.-% Zinn enthält.

3. Vakuumschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallegierung ίο zusätzlich Aluminium im Anteil von etwa 0,05 bis 0,5 Gew-% enthält.